電力需求側(cè)管理及智能電力監(jiān)控技術(shù)在水泥行業(yè)錯(cuò)峰限電中的應(yīng)用

一、 行業(yè)用戶用電特性分析

水泥制造隸屬于非金屬礦物制造業(yè)目錄下的水泥、石灰和石膏制造業(yè)，屬于重工業(yè)，指以水泥熟料加入適量石膏或一定混合材料，經(jīng)研磨設(shè)備（水泥磨）磨制到規(guī)定的細(xì)度制成水凝水泥的生產(chǎn)活動(dòng)。

該行業(yè)日趨大規(guī)模生產(chǎn)，其生產(chǎn)工藝流程普遍性，無(wú)外乎礦石開(kāi)采、傳輸～礦石粉碎～回轉(zhuǎn)旋窯燒制～熟料研磨～成品封裝，生產(chǎn)性質(zhì)為三班制連續(xù)作業(yè)。

該行業(yè)一般都有110kV或220kV變電站（配保安電源）供電，有的還有余熱自發(fā)電廠，變電站降壓后供各分廠。其用電負(fù)荷較大，一般在8萬(wàn)千瓦左右乃至更大；生產(chǎn)性質(zhì)一般為三班制連續(xù)作業(yè)。

水泥行業(yè)用戶設(shè)備分類表

二、 行業(yè)用戶參與錯(cuò)峰限電能力分析

1. 該行業(yè)用電負(fù)荷大且為連續(xù)性負(fù)荷，不受時(shí)段、季節(jié)、氣候影響。

2. 該行業(yè)緊急錯(cuò)峰限電可快速停用水泥磨機(jī)、生料磨機(jī)等高耗電用電設(shè)備負(fù)荷，緊急錯(cuò)峰能力較強(qiáng)，但保窯負(fù)荷不能參與緊急錯(cuò)峰限電。

3. 該行業(yè)用戶階段性錯(cuò)峰可以通過(guò)安排集中檢修和減產(chǎn)等方式開(kāi)展，如采用集中檢修方式，只需保留保窯負(fù)荷以及部分生活照明燈等檢修設(shè)備用電，一般為1000千瓦左右的檢修負(fù)荷即可；如采用停產(chǎn)方式，可以逐步停開(kāi)生產(chǎn)線，以降低生產(chǎn)負(fù)荷，達(dá)到錯(cuò)峰效果。

三、 行業(yè)用戶參與錯(cuò)峰限電技術(shù)方案

（一） 缺口等級(jí)IV級(jí)參與方案

1. 階段性錯(cuò)峰：

執(zhí)行錯(cuò)峰指令時(shí)優(yōu)先安排部分水泥磨機(jī)參與錯(cuò)峰。完成錯(cuò)峰指標(biāo)的前提下，結(jié)合自身生產(chǎn)工藝流程可有選擇地在不同時(shí)段釋放部分設(shè)備負(fù)荷。

2. 緊急錯(cuò)峰

接到錯(cuò)峰指令后需快速投入可限負(fù)荷，優(yōu)先安排空調(diào)照明設(shè)備，無(wú)法滿足時(shí)安排部分水泥磨機(jī)參與錯(cuò)峰，然后根據(jù)指令逐步釋放負(fù)荷恢復(fù)正常生產(chǎn)。

（二） 缺口等級(jí)III級(jí)參與方案

1. 階段性錯(cuò)峰：

在保證安全的前提下，在執(zhí)行IV級(jí)方案的基礎(chǔ)上，在錯(cuò)峰時(shí)段內(nèi)全部水泥磨機(jī)和部分生料磨機(jī)參與錯(cuò)峰。完成錯(cuò)峰指標(biāo)的前提下，結(jié)合自身生產(chǎn)工藝流程可有選擇地在不同時(shí)段釋放部分設(shè)備負(fù)荷。

2. 緊急錯(cuò)峰

1） 接到錯(cuò)峰指令后需快速投入可限負(fù)荷，然后根據(jù)指令逐步釋放負(fù)荷恢復(fù)正常生產(chǎn)。

2） 在執(zhí)行IV級(jí)方案的基礎(chǔ)上，接到錯(cuò)峰指令后需快速投入全部水泥磨機(jī)限負(fù)荷，然后根據(jù)指令逐步釋放負(fù)荷恢復(fù)正常生產(chǎn)。

（三） 缺口等級(jí)II級(jí)參與方案

1. 階段性錯(cuò)峰：

1） 在保證安全的前提下，在執(zhí)行III級(jí)方案的基礎(chǔ)上，在錯(cuò)峰時(shí)段內(nèi)全部水泥磨機(jī)、生料磨機(jī)以及礦山遠(yuǎn)距離傳輸帶傳送系統(tǒng)參與錯(cuò)峰。完成錯(cuò)峰指標(biāo)的前提下，結(jié)合自身生產(chǎn)工藝流程可有選擇地在不同時(shí)段釋放部分設(shè)備負(fù)荷。

2） 對(duì)于響應(yīng)時(shí)間慢的礦山遠(yuǎn)距離傳輸帶傳送系統(tǒng)設(shè)備需提前做好參與錯(cuò)峰準(zhǔn)備，保證所有可限負(fù)荷全額全時(shí)段參與錯(cuò)峰。

2. 緊急錯(cuò)峰

1） 接到錯(cuò)峰指令后需快速投入可限負(fù)荷，然后根據(jù)指令逐步釋放負(fù)荷恢復(fù)正常生產(chǎn)。

2） 在執(zhí)行III級(jí)方案的基礎(chǔ)上，接到錯(cuò)峰指令后快速投入全部水泥磨機(jī)、生料磨機(jī)，必要時(shí)停運(yùn)回轉(zhuǎn)旋窯主動(dòng)力設(shè)備，啟用輔助傳輸設(shè)備達(dá)到限負(fù)荷目的。然后根據(jù)指令逐步釋放負(fù)荷恢復(fù)正常生產(chǎn)。

（四） 缺口等級(jí)I級(jí)參與方案

1. 階段性錯(cuò)峰：

1） 考慮到電力缺口較大，可以安排企業(yè)全廠檢修，只保留檢修設(shè)備所需的用電負(fù)荷。

2） 在錯(cuò)峰時(shí)段內(nèi)首先投入可限負(fù)荷高，響應(yīng)時(shí)間快的水泥磨機(jī)、生料磨機(jī)以及回轉(zhuǎn)旋窯主動(dòng)力設(shè)備等可限負(fù)荷設(shè)備；同時(shí)逐步投入響應(yīng)時(shí)間慢的礦山遠(yuǎn)距離傳輸帶傳送系統(tǒng)，保證所有可限負(fù)荷全部參與錯(cuò)峰。

2. 緊急錯(cuò)峰

在執(zhí)行II級(jí)方案的基礎(chǔ)上接到錯(cuò)峰指令后需快速投入水泥磨機(jī)、生料磨機(jī)以及回轉(zhuǎn)旋窯主動(dòng)力設(shè)備等可限負(fù)荷設(shè)備限制負(fù)荷，然后根據(jù)指令逐步釋放負(fù)荷恢復(fù)正常生產(chǎn)。

四、 行業(yè)用戶參與錯(cuò)峰限電風(fēng)險(xiǎn)及注意事項(xiàng)

1. 停用熟料和原料粉磨系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)及注意事項(xiàng)

提前準(zhǔn)備，待所有料排盡后，才能夠停機(jī)，否則將導(dǎo)致提升機(jī)重載情況下無(wú)法開(kāi)機(jī)，或者傳輸斜槽內(nèi)由于被粉料堵塞，導(dǎo)致再次開(kāi)機(jī)后系統(tǒng)較長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法正常傳輸粉料。準(zhǔn)備時(shí)間一般需要10分鐘。

2. 礦山遠(yuǎn)距離傳輸帶傳送系統(tǒng)

提前準(zhǔn)備，待傳送帶上所有礦料排盡后，才能夠停機(jī)，否則將導(dǎo)致提傳輸帶重載情況下無(wú)法再次開(kāi)機(jī)。準(zhǔn)備時(shí)間由傳輸距離決定，一般不少于30分鐘。

3. 回轉(zhuǎn)旋窯不能夠急停，在主動(dòng)力設(shè)備停止后10分鐘內(nèi)要啟用回轉(zhuǎn)旋窯輔助傳動(dòng)裝置。否則由于回轉(zhuǎn)旋窯長(zhǎng)度達(dá)到數(shù)十米，在急停的情況下將導(dǎo)致窯體變形，內(nèi)部耐火磚松動(dòng)脫落，熟料硬化后堵塞窯體等后果。滿料情況下需要較長(zhǎng)時(shí)間（72小時(shí)）才能將料排空。

因此，該行業(yè)參與錯(cuò)峰不宜采用強(qiáng)制拉電或遙控設(shè)備控制限電，企業(yè)應(yīng)制定內(nèi)部應(yīng)急預(yù)案，主動(dòng)配合錯(cuò)峰實(shí)施，杜絕惡性事故發(fā)生，既主動(dòng)擔(dān)負(fù)社會(huì)責(zé)任又將損失降到zui低。

新生產(chǎn)線10kV配電系統(tǒng)接線方式為三相四線，兩路進(jìn)線之間設(shè)有母聯(lián)。總降配電系統(tǒng)一次圖如下：

5.2需求分析

中材萍鄉(xiāng)水泥新線先期針對(duì)總降變電所各回路進(jìn)行電度計(jì)量，視生產(chǎn)線使用情況決定是否將電能管理系統(tǒng)擴(kuò)大至生產(chǎn)線各10kV配電系統(tǒng)，新線0.4kV配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不做計(jì)量功能。

10kV總降配電室有10kV開(kāi)關(guān)柜27臺(tái)，其中19個(gè)回路需要做電度計(jì)量，而兩臺(tái)主變10kV和110kV側(cè)及110kV總進(jìn)線這5個(gè)回路需要單獨(dú)做電度計(jì)量。

3個(gè)備用回路將來(lái)可能改成余熱利用發(fā)電，需計(jì)量反向電度。

用戶每?jī)尚r(shí)做一次生產(chǎn)用電量記錄，按照每天早中晚三班進(jìn)行考核，早班時(shí)間為8：00am~4:00pm，中班為4:00pm~12:00pm，夜班為0：00am~8:00am。每周將總降變電所數(shù)據(jù)與生產(chǎn)線配電室數(shù)據(jù)比對(duì)一次，每月與提供的耗電數(shù)據(jù)比對(duì)，以此作為考核各班組產(chǎn)能能耗的依據(jù)。

5.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)采設(shè)計(jì)了一套Acrel-3000電能管理系統(tǒng)，采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)管理層、監(jiān)控管理層，如圖1所示：

本項(xiàng)目中，通過(guò)在總降10kV開(kāi)關(guān)柜上安裝安科瑞電氣股份有限公司ACR320E系列多功能電力儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)變電所各回路電度計(jì)量。另由珠海萬(wàn)利達(dá)在總降二樓中控室使用與開(kāi)關(guān)柜同型號(hào)儀表組電度表屏用以計(jì)量新線110kV進(jìn)線、1#2#主變高壓側(cè)及低壓側(cè)的正向有功、無(wú)功電度。此外，在原料磨、水泥磨、窯頭、窯尾、石灰石破碎等處生產(chǎn)線配電室10kV開(kāi)關(guān)柜上也裝有ACR320E系列儀表。電能管理系統(tǒng)先期只將總降配電室和中控室的多功能儀表進(jìn)行后臺(tái)組網(wǎng)，即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層由總降配電室和中控室內(nèi)所有ACR320E系列儀表組成?，F(xiàn)場(chǎng)儀表采用屏蔽雙絞線RVVSP2*1.0作為RS485總線的傳輸介質(zhì)，每一根485總線上掛接的儀表設(shè)備數(shù)量不超過(guò)20臺(tái)，線路總長(zhǎng)不超過(guò)100米，以此保證數(shù)據(jù)鏈路的穩(wěn)定性。本項(xiàng)目中，24塊儀表分成2路，即配電室的19臺(tái)儀表和中控室的5臺(tái)儀表分別通過(guò)一根485總線與后臺(tái)系統(tǒng)通訊。

因先期系統(tǒng)較小，通訊管理層設(shè)備選取了Korenix所產(chǎn)的4口串口服務(wù)器Jetport5604I，可以同時(shí)集成4路RS485總線并帶有光電隔離功能。串口服務(wù)器安裝在中控室網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜中，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議與站控管理層連接，以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)為超五類STP屏蔽線。本項(xiàng)目中預(yù)留了工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以備今后系統(tǒng)擴(kuò)容。

站控管理層主要設(shè)備是DELL的工作站、山特1KVA的塔式UPS電源以及惠普的A4幅面打印機(jī)，操作系統(tǒng)軟件Windows XP SP3，電能管理系統(tǒng)軟件為Acrel-3000系列產(chǎn)品。

本項(xiàng)目全部設(shè)備均使用有線式連接，通訊組網(wǎng)施工于新線生產(chǎn)線啟動(dòng)前完成，在試運(yùn)行期間完成系統(tǒng)調(diào)試，電能管理系統(tǒng)于2011年12月與生產(chǎn)線同時(shí)投運(yùn)。

5.4系統(tǒng)功能

數(shù)據(jù)采集與管理

配電需要的數(shù)據(jù)采集主要通過(guò)ACR320E網(wǎng)絡(luò)多功能儀表、PT、CT等裝置，將現(xiàn)場(chǎng)各用電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，包括：電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、有功電度等遙測(cè)信息及斷路器分合閘狀態(tài)等遙信狀態(tài)進(jìn)行采集。儀表均通過(guò)485總線連接至智能通訊服務(wù)器，并通過(guò)以太網(wǎng)接口接入至電能管理主機(jī)ACR320E網(wǎng)絡(luò)多功能儀表采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線雙絞線傳輸，接線簡(jiǎn)單方便；通訊接口是半雙工通信，數(shù)據(jù)zui高傳輸速率為10Mbps。RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強(qiáng)，總線上允許連接多達(dá)32個(gè)設(shè)備，zui大傳輸距離為1.2km。

信息處理

對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)所采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、計(jì)算，將數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)存儲(chǔ)。對(duì)同用電單位不同時(shí)期、不同用電單位同一時(shí)期用電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；作為電費(fèi)的管理平臺(tái)，與實(shí)際發(fā)生電費(fèi)進(jìn)行比較；根據(jù)移動(dòng)油機(jī)發(fā)電量，對(duì)消耗燃油進(jìn)行估算。

清晰的反映全廠各個(gè)部門的用電構(gòu)成，建立部門，通過(guò)與部門的比較，發(fā)現(xiàn)偷電、漏電、長(zhǎng)明燈、未使用設(shè)備下電等環(huán)節(jié)；對(duì)不同的節(jié)能方案節(jié)能效果的評(píng)估，有利于有針對(duì)性地選擇節(jié)能措施，還可以作為合同能源管理項(xiàng)目的計(jì)量系統(tǒng)；

電能報(bào)表實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)了所有電能數(shù)據(jù)的按時(shí)間查詢，分為分鐘、小時(shí)、日、月年等五種類型；

電能匯總表，所有監(jiān)控設(shè)備電能匯總，按時(shí)間段查詢，自動(dòng)計(jì)算任意時(shí)段用電量；

打印及導(dǎo)出，所有報(bào)表及界面均可打印，或以EXCEL、WORD格式導(dǎo)出；

圖3

用電趨勢(shì)

負(fù)荷趨勢(shì)曲線提供了某一段時(shí)間內(nèi)該回路的負(fù)荷趨勢(shì)，方便管理員掌握用電設(shè)備的運(yùn)行狀況，通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析，可為今后新增部門和設(shè)備提供科學(xué)的用電量估算；通過(guò)分析大樓內(nèi)每個(gè)設(shè)備的用電量和設(shè)備的品牌、型號(hào)、使用年限等設(shè)備詳細(xì)信息來(lái)評(píng)估設(shè)備用電是否合理；通過(guò)大樓內(nèi)各部門用電同比、環(huán)比的報(bào)表分析，得出各設(shè)備用電是否合理； 對(duì)某一節(jié)能設(shè)備或技術(shù)在使用一定時(shí)間后，評(píng)測(cè)的節(jié)能效率是否與當(dāng)初的預(yù)計(jì)一致。用電趨勢(shì)如圖4所示：

六、主要監(jiān)控產(chǎn)品

（1）高壓回路或低壓進(jìn)線回路選ACR330ELH儀表

該表為電能質(zhì)量分析儀表，主要功能有：LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計(jì)算；電網(wǎng)電壓電流正、負(fù)、零序分量（含負(fù)序電流）測(cè)量；4DI+3DO（DO3做過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、不平衡報(bào)警）；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T645規(guī)約。外形尺寸：120×120mm，開(kāi)孔尺寸：108×108mm。適用于高壓重要回路或低壓進(jìn)線柜。

（2）低壓聯(lián)絡(luò)或出線回路選ACR220EL電力儀表

該表主要功能有：LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、zui大需量統(tǒng)計(jì)；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：96×96mm，開(kāi)孔尺寸：88×88mm。適用于低壓聯(lián)絡(luò)柜、出線柜。

（3）低壓出線柜選ARD系列

該表測(cè)量三相電流、定值查詢、定值整定、過(guò)載、斷相（不平衡）、堵轉(zhuǎn)、欠載、外部故障、阻塞、欠壓等保護(hù)功能、8DI+4DO、電能管理、漏電保護(hù)、SOE記錄、多種起動(dòng)模式、RS485通訊接口、MODbus協(xié)議/Profibus-DP協(xié)議可選。

（4）節(jié)能產(chǎn)品可選導(dǎo)軌表或APF有源濾波裝置

照明箱DDSF1352電表主要功能：電流規(guī)格1.5（6）A、5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：76×89×74mm，4模數(shù)。適用于照明箱的電流、電壓測(cè)量；單相電能計(jì)量。

ARD

DTSF1352導(dǎo)軌式電表主要功能：電流規(guī)格1.5（6）A、5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于照明箱的三相電能計(jì)量。

DTSD1352導(dǎo)軌式電表主要功能：LCD顯示、全電參量測(cè)量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、zui大需量統(tǒng)計(jì)；電流規(guī)格1.5（6）A、5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于動(dòng)力柜。

ANAPF系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載的諧波和無(wú)功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當(dāng)前諧波分量和無(wú)功分量對(duì)應(yīng)的反向分量并實(shí)時(shí)注入電力系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償。

 七、設(shè)備清單

參考文獻(xiàn)：

[1]安科瑞電氣股份有限公司系統(tǒng)解決方案.2013.1版.

[2]水泥行業(yè)錯(cuò)峰限電技術(shù)指導(dǎo).